從天體運(yùn)行規(guī)律發(fā)現(xiàn)中發(fā)掘物理學(xué)史的教育功能

敖琳春

摘 要： 物理學(xué)史是物理學(xué)知識(shí)體系中的一個(gè)重要的、必不可少的組成部分。作者以天體運(yùn)行規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的豐富史實(shí)為例，探討如何發(fā)掘物理學(xué)史的獨(dú)特的教育功能。

關(guān)鍵詞： 天體運(yùn)行規(guī)律 物理學(xué)史 教育功能

概述：天體運(yùn)行規(guī)律的發(fā)現(xiàn)史可以說(shuō)是物理學(xué)家們追求真理的奮斗史。從遠(yuǎn)古的人們對(duì)天地宇宙的種種猜測(cè)和無(wú)數(shù)先輩的刻苦研究，到最終找到天體運(yùn)行的明晰的規(guī)律，其間經(jīng)歷了不知多少代人的艱辛。歷經(jīng)曲折的兩千多年，其間不斷呈現(xiàn)思辨、矛盾或斗爭(zhēng)，無(wú)不體現(xiàn)出科學(xué)家們對(duì)真理追求的執(zhí)著，為科學(xué)事業(yè)的自我犧牲精神。

一、有利于培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)韌不拔的意志與執(zhí)著求實(shí)的精神

波蘭偉大的天文學(xué)家哥白尼在17世紀(jì)初確立日心說(shuō)，雖然哥白尼的學(xué)說(shuō)是進(jìn)步理論，但由于這個(gè)新的學(xué)說(shuō)違背了統(tǒng)治者所謂的教義，它的傳播受到了教會(huì)瘋狂的阻攔；1600年，在羅馬的鮮花廣場(chǎng)上，著名的意大利學(xué)者布魯諾因堅(jiān)持真理，始終高舉哥白尼旗幟而被殘忍地?zé)?；就連被譽(yù)為近代科學(xué)之父的伽利略也因捍衛(wèi)和宣傳哥白尼的日心說(shuō)，受到羅馬教皇殘酷的迫害和折磨，300年以后的1979年，羅馬教廷才為他公開平反昭雪。盡管如此，反動(dòng)力量的壓迫永遠(yuǎn)不能真正把人類追求真理的道路堵死，許多科學(xué)家在研究和推進(jìn)日心說(shuō)時(shí)不畏強(qiáng)權(quán)，前仆后繼；開普勒對(duì)哥白尼的學(xué)說(shuō)產(chǎn)生了濃厚的興趣與探究的熱情，他在第谷的對(duì)火星的極大豐富的觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，致力于對(duì)火星軌道及其運(yùn)行規(guī)律的研究；經(jīng)過(guò)多年細(xì)致而又深入的刻苦研究，他終于發(fā)現(xiàn)了行星及行星的衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律——開普勒三大定律。直至這時(shí)，太陽(yáng)系的空間形態(tài)才被基本澄清。

萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)過(guò)程經(jīng)歷了一段相當(dāng)漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，為了研究萬(wàn)有引力，牛頓克服了重重困難與阻礙，歷經(jīng)21年的長(zhǎng)時(shí)間跨度，期間付出了大量的心血。遺憾的是，由于引力常量極其微小，當(dāng)時(shí)的大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為沒(méi)有測(cè)出的可能，因此在牛頓的萬(wàn)有引力定律被發(fā)現(xiàn)之后的長(zhǎng)達(dá)一百多年的時(shí)間跨度里，這一定律都沒(méi)有充分發(fā)揮價(jià)值。直到天才的卡文迪許通過(guò)其被史上稱為最完美的實(shí)驗(yàn)裝置——扭秤，才成功地測(cè)定引力常量G，使得萬(wàn)有引力定律定量應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。

從萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)中，我們可以體會(huì)到，一個(gè)科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)或一套科學(xué)理論的建立，是不可能一蹴而成的。萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)不是作為“蘋果落地”時(shí)上帝賜予天才物理學(xué)家牛頓的“靈感”，而是物理學(xué)家在長(zhǎng)期的科學(xué)實(shí)踐中逐步摸索、積累、形成和發(fā)展起來(lái)的，是人類智慧的結(jié)晶。只有歷經(jīng)這樣的過(guò)程后，才能找尋到具有突破性的科學(xué)思維及科學(xué)方法。物理學(xué)史中的這些感人事跡，會(huì)促使學(xué)生樹立正確的人生觀與價(jià)值觀，也會(huì)促使學(xué)生把求真、求上、求實(shí)和造福人類作為自己的人生目標(biāo)。

二、有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法

在物理教學(xué)工作中，我們常有這樣的體會(huì)，在學(xué)習(xí)一些新的不理解的物理概念時(shí)，若能了解這些物理概念逐步形成的歷史，則有利于學(xué)生實(shí)現(xiàn)各學(xué)科知識(shí)間的融合與滲透，而最終形成統(tǒng)一的知識(shí)體系，這對(duì)學(xué)生以后在新的科學(xué)上的突破或者發(fā)現(xiàn)有至關(guān)重要的意義與價(jià)值。1601年第谷先生臨終前將畢生心血——其夜以繼日觀測(cè)到的大量天文數(shù)據(jù)贈(zèng)予了學(xué)生開普勒，開普勒不負(fù)恩師所托，通過(guò)大量篩選、計(jì)算，將龐大而又繁雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式，表達(dá)為清晰明了的圖像曲線，于1609—1619年建立了關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律。正是因?yàn)殚_普勒的開創(chuàng)性的思維方法，才發(fā)現(xiàn)了開普勒三定律。開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的提出，體現(xiàn)了科學(xué)研究的實(shí)質(zhì)，從而使近代科學(xué)的開路先鋒——天文學(xué)真正成為一門精確科學(xué)；開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律蘊(yùn)藏偉大的萬(wàn)有引力定律，在其推導(dǎo)過(guò)程中同樣體現(xiàn)了科學(xué)研究的精髓——嚴(yán)密的邏輯推理。

三、有利于鼓勵(lì)學(xué)生勇于挑戰(zhàn)權(quán)威，敢于思維創(chuàng)新

科學(xué)史上的任何一步進(jìn)展，無(wú)不是科學(xué)家打破陳舊學(xué)說(shuō)并引進(jìn)新思想的結(jié)果。哥白尼研究天文學(xué)時(shí)，他所處在的時(shí)期，神學(xué)占領(lǐng)統(tǒng)治地位，為了鞏固自己的統(tǒng)治地位，教會(huì)極力維護(hù)地心說(shuō)，而不管其是否正確。哥白尼不顧教會(huì)的反對(duì)與迫害，依然堅(jiān)定繼續(xù)他對(duì)天文學(xué)、行星體系等問(wèn)題的研究。歷經(jīng)長(zhǎng)期的天文觀測(cè)與不懈的探索，創(chuàng)立了比地心說(shuō)更為科學(xué)的宇宙結(jié)構(gòu)體系，他的理論體系把原有考察天體運(yùn)動(dòng)的參考系，從地球轉(zhuǎn)換到太陽(yáng)，使人們認(rèn)識(shí)到清眼所見到的事物有時(shí)不一定都是真實(shí)的，并首次認(rèn)識(shí)到，不僅可以從簡(jiǎn)單的直觀，而且可以通過(guò)抽象的邏輯方法研究自然世界。

如果沒(méi)有勇敢地拋棄落后的陳舊觀念，沒(méi)有創(chuàng)立新思維，就不會(huì)有開普勒三定律發(fā)現(xiàn)，也許這一發(fā)現(xiàn)還將推遲若干年。在開普勒的研究初期，他認(rèn)為火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，但他發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)的真實(shí)位置不是他所假定的圓心。他假定火星的運(yùn)行軌道是偏心圓，花了大量的時(shí)間尋找這個(gè)偏心圓的圓心所在；即使做出了很大努力，也沒(méi)能得到令人滿意的結(jié)果。

物理教學(xué)培養(yǎng)的直接對(duì)象是人，而不是科學(xué)本身。只有培養(yǎng)出富有科學(xué)精神、熱愛真理并追求真理、具有創(chuàng)造能力、具有頑強(qiáng)意識(shí)的人，科學(xué)才能得到發(fā)展。皮亞杰說(shuō)過(guò)：教育的目的是要造就有創(chuàng)造、發(fā)明和發(fā)現(xiàn)能力的人，不是要培養(yǎng)對(duì)前人的工作的只會(huì)作出簡(jiǎn)單重復(fù)反應(yīng)的人。以物理學(xué)史為襯托的物理教學(xué)并不是要使物理教學(xué)重蹈歷史覆轍，而是要抽取歷史中最精粹的部分，結(jié)合并對(duì)比現(xiàn)代科技，歷史地、現(xiàn)實(shí)地啟迪學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的能力。

綜上所述，從天體運(yùn)行規(guī)律的發(fā)現(xiàn)史中，我們可以看到并充分意識(shí)到，物理學(xué)史的教育功能的獨(dú)到之處及融入史料的教學(xué)方式的優(yōu)越性，這種教學(xué)方法的功效是使用其他方式用成倍的時(shí)間都無(wú)法換來(lái)的。在物理教學(xué)中，滲透這些物理學(xué)家質(zhì)疑、批判、創(chuàng)新的物理學(xué)史，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、批判精神和創(chuàng)新能力大有裨益。

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